Что стало причиной самого смертоносного извержения вулкана?

Крупнейшее вулканическое извержение за историю человечества убило 60 % жителей Земли. Когда индонезийский супервулкан Тоба взорвался около 74 тысяч лет назад, в атмосферу попало 2,8 тысячи кубических километров пепла.  Пепловые дожди прошли на большей части Индонезии и Индии. Недавно исследователи обнаружили новые подсказки о том, что могло вызвать мегаизвержение, и теперь смогут спрогнозировать аналогичное событие, если оно когда-нибудь произойдет. Секрет вулкана раскрыли благодаря геохимической структуре вулканических кварцевых кристаллов.

Ученые долго спорили, как образовался громадный объем магмы Тобы и что заставило магму извергаться таким интенсивным образом. Команда исследователей из Уппсальского университета (Швеция) вместе с международными коллегами нашли решение вопроса внутри миллиметровых кристаллов вулканического пепла и горной породы.

«Кварцевые кристаллы, которые растут в магме, регистрируют химические и термодинамические изменения в магматической системе до извержения так же, как кольца деревьев фиксируют изменение климата», — говорит доктор Дэвид Бадд. «Когда условия в магме меняются, кристаллы реагируют и растут. Зоны роста регистрируют эти изменения. Проблема в том, что каждый магматический аналог кольца дерева — всего несколько микрометров в диаметре, вот почему их очень сложно анализировать».

Исследователи изучили кварцевые кристаллы Тобы и нашли явное изменение в изотопном составе на внешнем крае кристаллов. Наружная зона кристаллов содержит относительно низкую пропорцию тяжелого изотопа 18O по сравнению с легким 16O. Это указывает на то, что в магматической системе что-то значительно изменилось прямо перед сильнейшим извержением.

Происхождение этой химической сигнатуры объясняется так: магма расплавилась и слилась с огромным объемом местной горной породы, в которой тоже относительно низкое соотношение 18O к 16O. Этот тип горной породы часто содержит много воды, которая могла попасть в магму и произвести пар, создав, таким образом, повышенное давление газа в магматической камере. Давление газа в конце концов позволило магме прорвать накрывающую ее корку и излиться наружу.

К счастью, катаклизмические суперизвержения происходят очень редко. «Последнее суперизвержение Тобы, которое произошло 74 тысячи лет назад, считается крупнейшим наземным вулканическим извержением эпохи плейстоцена», — говорят ученые. «Тогда вулкан выбросил огромный объем вещества объемом от 2,8 до 5,3 тысячи кубических км».

Чтобы изучить происходящее с вулканом, группа разработала модель, основанную на сейсмической информации. Используя ее, ученые обнаружили, что супервулканами управляют огромные плотные резервуары магмы. Магма в этих резервуарах хранится под плотной коркой, пока не накопится достаточно давления, чтобы произошло извержение. Новая модель показала систему сложных многоуровневых туннелей магмы, достигающих глубины более 150 км. На глубине около 150 км производятся газы и базовые сплавы — расплавленная горная порода с низким содержанием диоксида кремния. Эти сплавы потом достигают глубины почти 75 км, создавая огромный резервуар магмы.

Тоба — не единственный супервулкан, где резервуар магмы находится под землей. Такая же структура существует под Йеллоустоуном в сердце северо-запада Америки. В апреле 2015 года, отследив сейсмические волны, геофизики обнаружили огромную вторичную камеру еще глубже под землей. Она настолько велика, что ее частично расплавленная горная порода может заполнить Гранд-Каньон 11 раз. Если взорвётся супервулкан Йеллоустоун, извержение будет в тысячу раз мощнее извержения вулкана Сент-Хеленс в 1980 году. Хотя гигант спит 70 тысяч лет, ученые говорят, что исключить возможность его пробуждения нельзя.

Новые исследования показывают, что остановка плотной магмы в резервуарах под верхней коркой может быть ключевой причиной, почему между извержениями супервулканов такие долгие промежутки. Только когда резервуар магмы достигает критического уровня перегрузки давления из-за газов и сплавов, он опустошается и огромный объем магмы начинает подниматься вверх через корку.